Ученые из Дальневосточного федерального университета создали новый материал-термоэлектрик — двухфазную нанокерамику на основе титаната стронция SrTiO₃ и оксида титана TiO₂. Этот материал может преобразовать тепло в электрическую энергию, а также защитить от перегрева изделия, эксплуатируемые при температуре более 1000 °С.

Статья, посвященная разработке, опубликована в журнале Materials.

«В ходе многих технологических процессов выделяется большое количество тепла, которое никак не расходуется. Например, даже температура внешней поверхности выхлопной трубы может составлять около 700 °C. Чтобы использовать эту энергию, нужны специальные материалы — термоэлектрики, но при таких температурах они могут разрушаться и выделять тяжелые металлы в окружающую среду. Поэтому перед нами стояла задача разработать термически стабильный термоэлектрик», — рассказал предложивший состав новой керамики научный сотрудник Школы естественных наук ДВФУ Алексей Завьялов.

Для решения этой задачи исследователи предложили двухфазную керамическую систему на основе оксидов металлов: титаната стронция и оксида титана (IV). Оба этих соединения обладают высокой термической и химической стойкостью при температурах свыше 1000 °С, но отдельно друг от друга не проявляют термоэлектрических свойств. Смешав их и превратив в нанозерна, ученые смогли добиться того, что этот материал начал вырабатывать электроэнергию, когда его противоположные поверхности находились при разных температурах.

Высокая плотность и механическая прочность материала, наноразмерные зерна и высокая концентрация границ между ними — важные характеристики для термоэлектрика в условиях экстремальных температур — были достигнуты за счет реакционного искрового плазменного спекания двух оксидов.

«Новый материал необходим не только для вторичной переработки бросового тепла, но и как компонент высокотехнологических приложений. Он выполняет роль «активного» теплового буфера, за счет чего может увеличить срок службы и пиковые характеристики изделий, которые эксплуатируются при температурах более 1000 °С», — рассказал руководитель группы, старший научный сотрудник Центра НТИ ДВФУ Денис Косьянов.